一种用于用电器件的散热性能评估方法及系统与流程

本发明涉及电气控制技术领域，尤其是涉及一种应用于用电器件的散热性能评估方法及系统。

背景技术：

用电器件的过热炸毁是用电器件最严重的故障模式，随着用电器件及其安装方式的变化，用电器件过热炸毁的可能性将逐步增加。当装有用电器件的设备需要使用时间超长，使用环境恶劣时，这种可能性将会增加。

通常，在现有技术中，通过检测温度或者检测电流等运行参数来进行动态计算并实施保护，当温度超过限定值或者电流超过限定值时，设备采用降功运行或者停机的方式进行自我的过热保护，但这种动态测量的计算量大，并且保护方式只能反映用电器件的瞬时特性，无法检测出设备自身特性的变化。另外，部分对用电器件特性变化进行检测的方法大多离线进行，并且主要是针对某些关键参数进行测量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于用电器件的散热性能评估方法，该方法包括如下步骤：步骤一，基于所述用电器件的所述散热性能随运行时间变化的历史数据，得到针对所述用电器件的热性能参数阈值；步骤二，根据实时获取到的当前所述用电器件的检测数据，利用热性能参数计算公式，计算实时变化的所述热性能参数；步骤三，利用当前所述热性能参数以及所述热性能参数阈值，对所述用电器件的所述散热性能进行评估，进一步输出当前所述热性能参数、热性能衰退参数、和/或预警信息，以实施针对所述用电器件散热处理的后续操作。

优选地，进一步，所述检测数据包括：所述用电器件的温度监测点实际值、所述用电器件的实际工作电流、以及环境温度或散热器温度。

优选地，在所述步骤二中，利用如下表达式计算所述热性能参数：

q＝(t-ta)/i²

其中，q表示所述热性能参数，t表示所述温度监测点实际值，ta表示所述环境温度或所述散热器温度，i表示所述实际工作电流。

优选地，在所述步骤三中，进一步，若当前所述用电器件的所述热性能参数超过所述热性能参数阈值，输出预警信息。

优选地，进一步，计算当前所述热性能参数与所述热性能参数阈值的比值，得到所述热性能衰退参数。

另一方面，提供了一种用于用电器件的散热性能评估系统，该系统包括如下模块：预处理模块，其基于所述用电器件的所述散热性能随运行时间变化的历史数据，得到针对所述用电器件的热性能参数阈值；在线计算模块，其根据实时获取到的当前所述用电器件的检测数据，利用热性能参数计算公式，计算实时变化的所述热性能参数；在线评估模块，其利用当前所述热性能参数以及所述热性能参数阈值，对所述用电器件的所述散热性能进行评估，进一步输出当前所述热性能参数、热性能衰退参数、和/或预警信息，以实施针对所述用电器件散热处理的后续操作。

优选地，进一步，所述检测数据包括：所述用电器件的温度监测点实际值、所述用电器件的实际工作电流、以及环境温度或散热器温度。

优选地，所述在线计算模块利用如下表达式计算所述热性能参数：

q＝(t-ta)/i²

其中，q表示所述热性能参数，t表示所述温度监测点实际值，ta表示所述环境温度或所述散热器温度，i表示所述实际工作电流。

优选地，进一步，所述在线评估模块利用如下方法进行评估：若当前所述用电器件的所述热性能参数超过所述热性能参数阈值，输出预警信息。

优选地，所述在线评估模块包括：性能评估单元，其计算当前所述热性能参数与所述热性能参数阈值的比值，得到所述热性能衰退参数。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明实施例利用针对采集的现有数据进行在线计算，能够反映出用电器件及安装方式散热性能的综合变化，从而识别出过热风险，发出报警提示，计算量小，且不需要增加新的硬件采集设备。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于用电器件的散热性能评估方法步骤图。

图2为本申请实施例的用于用电器件的散热性能评估系统模块框图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了克服上述现有技术中的不足，本申请实施例提出了一种只通过采集现有的检测数据从而建立热性能参数，以反映用电器件当前的散热性能，以判断用电器件的热性能衰退状况，并根据用电器件和设备的反馈参数估计用电器件在实际使用过程中出现过热问题的位置及原因，从而更换用电器件，一定程度上防止过热炸毁。

图1为本申请实施例的用于用电器件的散热性能评估方法步骤图。如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤一，基于用电器件的散热性能随运行时间变化的历史数据，得到针对用电器件的热性能参数阈值；步骤二，根据实时获取到的当前用电器件的检测数据，利用热性能参数计算公式，计算实时变化的热性能参数；步骤三，利用当前热性能参数以及热性能参数阈值，对用电器件的散热性能进行评估，进一步输出当前热性能参数、热性能衰退参数、和/或预警信息，以实施针对用电器件散热处理的后续操作。

具体地，首先，在步骤一(s110)中，需要对用电器件进行预处理工作，将用电器件与负载设备进行匹配试验，输出大量的相互匹配的针对不同负载、不同工作频率、以及运行时间下的包括用电器件实际工作电流、用电器件不同时段的温度监测点实际值、用电器件不同时段的散热器温度、用电器件内阻、以及用电器件温度监测点到散热器的热阻的工作状态历史数据，并基于用电器件的电气特性、额定功率、额定电流等固有信息，综合分析出针对用电器件的工作电流阈值、温度监测点阈值、散热器温度阈值(环境温度阈值)、用电器件内阻阈值、以及用电器件温度监测点到散热器的热阻阈值。其中，通常，用电器件温度监测点实际值利用如下表达式表示：

t＝ta+rth*(r*i²)(1)

其中，t表示用电器件的温度监测点实际值，ta表示散热器温度，rth表示用电器件温度监测点到散热器的热阻，r表示用电器件内阻，i表示用电器件的实际工作电流。需要说明的是，当用电器件没有配置散热器时，以环境温度代替散热器温度，以温度监测点到环境的热阻代替上述用电器件温度监测点到散热器的热阻。

进一步，将(1)式进行形变，得到热性能参数计算公式，并利用如下表达式表示热性能参数：

q＝rth*r＝(t-ta)/i²(2)

其中，q表示热性能参数。因此，在得到上述热性能参数计算公式后，即可计算出相应的热性能参数阈值，使得预处理过程结束，进入步骤s120中。

在步骤s120中，参考(2)式，公式左边的参数包括用电器件温度监测点到散热器的热阻、以及用电器件内阻，其均为用电器件的特性参数，这两个参数的乘积反映了用电器件的散热性能，即热性能参数；公式右边的检测数据包含用电器件的温度监测点实际值、散热器温度(或环境温度)、以及用电器件的实际工作电流，这些参数可使用电流传感器、温度传感器等已安装在用电器件所在装置上的已有检测设备直接进行实时采集或进一步计算得出。因此，仅可根据当前获取到的三个用电器件的检测数据，即可利用热性能参数计算公式进行在线计算，从而得到实时变化的热性能参数，以便对用电器件散热特性进行实时监控，并做出相应的评估。

接着，(步骤s130)利用上述通过在线计算得到的热性能参数、以及热性能参数阈值，对用电器件的散热性能进行评估，进一步输出当前热性能参数、热性能衰退参数、和/或预警信息，以实施针对用电器件散热处理的后续动作。具体地，当用电器件的热性能参数尚未超过热性能参数阈值时，用电器件处于正常工作状态，计算并输出当前热性能衰退参数；另外，在这种评估结果下，本申请实施例还可以输出热性能参数及对应的检测数据，并作为历史数据记录下来，用以故障调取或监控人员实时观察数据。另外，当用电器件的热性能参数超过热性能参数阈值时，在输出当前异常的热性能参数和热性能衰退参数时，还应输出预警信息，其中，预警信息包括预警信号、以及与当前热性能参数对应的检测数据，监控人员可根据检测数据的实际情况判断用电器件的故障位置(判定异常点位置)，进一步判定并实施是否需要对故障位置所在的电路进行维修或更换用电器件等后续操作。需要说明的是，热性能衰退参数，其为当前热性能参数与热性能参数阈值的比值，用以评估用电器件的热性能衰退状况，实时反映用电器件的工作性能，从而更换用电器件，一定程度上防止过热炸毁。

(一个示例)

以igbt模块的过热保护为例，控制器会实时采集igbt模块的监测点温度、散热器温度和流过igbt模块的电流。通过计算(t-ta)/i²的变化，可以判断igbt模块及其导热硅脂与散热器之间是否无法满足设计之初要求的散热性能；若超过散热性能阈值时，判断该igbt模块需要返厂更换或者重新涂抹导热硅脂等。其中，该模块散热性能阈值的设定数据，从igbt模块在前期进行负载匹配试验过程中获取。

图2为本申请实施例的用于用电器件的散热性能评估系统模块框图。如图2所示，该系统包括如下模块：预处理模块21、在线计算模块22、在线评估模块23、以及数据库存储模块24。

下面针对各模块进行具体说明。在预处理模块21中，其运行过程如上述步骤s110所示，该模块基于用电器件的散热性能随运行时间变化的历史数据，得到针对用电器件的热性能参数阈值，并将其存储下来，具体地，其还存储有通过用电器件与负载设备的匹配试验得到的针对用电器件的工作电流阈值、温度监测点阈值、散热器温度阈值、用电器件内阻阈值、用电器件温度监测点到散热器的热阻阈值、以及热性能参数计算公式，进一步，利用(2)式(热性能计算公式)得到热性能参数阈值。

然后，对在线计算模块22进行说明，其与预处理模块21连接，通过电流传感器、温度传感器等已安装在用电器件所在装置上的常用检测设备实时测量或进一步计算出当前用电器件的检测数据，调取预处理模块21中的热性能参数计算公式，计算出实时变化的热性能参数。其中，检测数据包括：用电器件的温度监测点实际值、用电器件的实际工作电流、以及环境温度或散热器温度。

接着，数据库存储模块24，其与在线计算模块22连接，接收在线计算模块22的当前检测数据，及其对应的当前热性能参数，作为历史数据记录下来，用以后续的数据评估、和/或故障定位、和/或历史数据的实时观察。

最后，在线评估模块23，其对用电器件的散热性能进行评估，进一步输出当前热性能参数、热性能衰退参数、和/或预警信息，以实施针对用电器件散热处理的后续动作。在线评估模块23具备：性能评估单元231、及评估结果输出单元232。具体地，性能评估单元231，其与预处理模块21和数据库存储模块24连接，通过数据库存储模块24获取的当前热性能参数、并从预处理模块21调取热性能参数阈值，一方面，实时计算热性能衰退参数并向评估结果输出单元232发送，另一方面，进一步将当前热性能参数与热性能参数阈值进行比较，若当前用电器件的热性能参数超过热性能参数阈值，则输出预警信号；评估结果输出单元232，其既能接收并解析热性能衰退参数并进行实时显示，还能在获得有效的预警信号后，从数据库存储模块24中调取并显示当前异常热性能参数(即超过热性能参数阈值的当前热性能参数)、和/或显示输出预警信号、和/或与异常热性能参数对应的检测数据，用于为操作人员进行故障判定提供数据支持，实现性能衰退预警；另外，监控人员可根据异常热性能参数对应的检测数据的实际情况判断用电器件的故障位置(判定异常点位置)，进一步判定并实施是否需要对异常点所在电路进行维修或更换用电器件等后续操作。

本发明实施例通过引入散热性能参数及其计算公式，实现针对现有的采集数据，进行计算后不需要增加新的硬件采集设备，就可在线计算用电器件固有的散热性能参数，并进行评估，并输出用电器件的衰退信息和预警信息，用以实施针对用电器件散热处理的后续动作。本申请能够反映出用电器件及安装方式散热性能的综合变化，根据固有参数的变化识别出装置的过热风险，在用电器件老化及性能突变等问题爆发前发出报警；本发明计算量小，完全可以在线计算；还能够同时反映用电器件长期的性能变化和散热性能突变两种情况。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。